A17 仿生芯片如何将 iPhone 15 Pro 提升到一个新的水平

每年，Apple 都会在秋季为其 iPhone 升级推出一款新的 A 系列处理器。我们预计今年不会有任何不同。事实上，转向新的制造工艺技术——台积电的 3nm 工艺——让 A17 有机会成为几年来性能和功能上最重大的飞跃。

通过回顾过去 10 年苹果内部设计的 A 系列芯片，以及我们对可用制造技术的了解以及公司的方向和目标，我们可以拼凑出一个很好的有根据的猜测A17.

仅适用于 iPhone 15 Pro（或 Ultra）

去年，A16 是 iPhone 14 Pro 的专属，而标准版 iPhone 14 使用的是 A15。我们预计今年会重演这种模式，新的 A17 是 iPhone 15 Pro 和 iPhone 15 Pro Max（或 iPhone 15 Ultra，如果传言属实）独有的，而标准的 iPhone 15 将使用 iPhone 中使用的 A16 14 个专业型号。

这是苹果在可预见的未来的发展方向吗？随着智能手机的功能和质量达到某种水平，苹果的手机芯片在大多数安卓手机上运行，几乎没有理由改变。对 Apple 来说，它降低了成本，并有助于在普通机型和 Pro 机型之间形成更大的差异化，这往往会促使客户购买更昂贵的 iPhone。

苹果首款 3nm 芯片

A14、A15 和 A16 均采用 TSMC 的 5nm 制造工艺制造。诚然，这个过程随着时间的推移而发展，生产出密度更高、能效更高的芯片，但没有什么比向下一个主要工艺节点的飞跃更重要的了。这就是我们几乎肯定会通过 A17 获得的结果——第一款采用台积电 3nm 工艺制造的大型消费类芯片。

我详细写了 Apple 将享受 3nm 工艺的优势，最大的优势是密度更高——虽然 A16 大约有 160 亿个晶体管，但我们可以预计 A17 的晶体管数量将超过 200 亿个，可能高达约 240 亿个.

3nm 工艺提供更高的能效，具有可比速度的可比芯片，但苹果不会以可比速度制造可比芯片。最大功耗将受到电池尺寸、散热和其他因素的限制，我认为我们不能指望仅从转向 3nm 工艺后电池寿命就会发生巨大变化。至少，不是为了在全功率下主动使用——在这种情况下，不仅芯片可能消耗几乎同样多的功率，而且显示器和收音机也会造成很大的功率消耗。

我们可能会看到一些改进的地方是待机模式，随着转向 3nm 工艺，待机模式可能会明显好转。

CPU 性能和特性

ARM 在 2021 年推出了 v9 架构，我们认为 A16 可能是苹果首款支持新的 v9 指令集的芯片。相反，它支持带有大量 Apple 自己的扩展的 ARM v8.6。今年，由于晶体管预算更高，似乎有可能支持 ARM v9。

ARM v9 指令集和架构提供了哪些优势？ Apple 设计了自己的 CPU 内核，v9 架构承诺的许多性能优势已经在 Apple 的设计和 ARM 扩展中实现。事实上，Snapdragon 8 Gen 1 是首批采用 ARM Cortex-X2 内核并支持 ARM v9 的高端智能手机 CPU 之一，Apple 的 A15 性能远远超过它。

你会看到很多声称 ARM v9 比 ARM v8 提供了 30% 的性能改进，但这是针对 ARM 自己的核心设计，并没有考虑自定义扩展的使用。Apple 在这方面完全不同——我们可能不会看到 A17 的 CPU 性能提高 30%。

Apple 用于 A17 的新 CPU 内核几乎肯定会更快，但不一定是因为转向了 ARM v9。CPU 核心性能受指令集、分支预测、指令解码、执行单元、缓存结构和大小、时钟速度以及许多其他因素的影响。

就一般核心数量而言，Apple 似乎没有太多理由超越自 A11 仿生以来一直存在的 4 个效率核心和 2 个性能核心。我们只希望它们的性能提高 15%。

简单地预测过去几年的 CPU 性能提升，我们可以预期 Geekbench 5 的单核分数在 2,100 到 2,200 之间，多核分数刚刚超过 6,000。Geekbench 6 刚刚发布，我们没有多年的基准数据来做出准确的预测，但单核分数超过 2,800，多核分数超过 7,300 似乎是合理的。最近的泄密事件声称单核得分为 3019，多核得分为 7,860，这并非不可能——尤其是当苹果从 7nm 工艺转向 7nm 工艺时，我们看到了比预期更大的飞跃。5nm 与 A14 一个——但这么早的数字很可能是完全编造的。

如果您想知道它与其他处理器的对比情况，那么 A17 的单核分数类似于最新的 Ryzen 高端台式机 CPU 和第 13 代酷睿 i7 英特尔处理器，但多核分数要低得多分数（这是有道理的，因为我们谈论的只是两个高性能内核，而那些台式机处理器则有 12 个或更多）。A16 已经完全击败配备顶级 Snapdragon 8 Gen 2 的 Android 手机，而 A17 应该只会扩大差距。

如果说这些年来我们学到了什么，那就是 Apple CPU 的性能提升有多稳定。无论哪一年架构发生重大变化或制造工艺飞跃，单核和多核性能几乎呈直线上升。预计今年会有类似的改善是非常合理的。

GPU 性能和功能

GPU 是 A17 可能非常有趣的一个领域。苹果一直在将每个新的 A 系列芯片的 GPU 性能平均提高 20% 左右，尽管它可以在 15% 到 30% 之间的任何地方。没有太大变化的是 GPU 的整体功能集。它变得越来越快，并且有一些小的新功能，如可变光栅化率和 GPU 计算的 SIMD 改进，但苹果在光线追踪加速等重要功能方面落后于桌面 GPU 多年。

一个粗略的消息说 A16 本来打算有一个主要的 GPU 架构，但它没有及时准备好，所以它得到了与 A15 相同的 GPU（但更多的内存带宽提高了性能）。我不知道这是不是真的，但 Apple 尚未更新其开发人员的 Metal 功能集表以包括 A16，这很能说明问题。

我认为 Apple 很可能已经为 A17 准备了更新的 GPU 架构。光线追踪加速等功能对 iPhone 来说可能并不重要，但这种 GPU 设计将在未来的 M 系列 Mac 处理器中找到用武之地，因为缺少光线追踪加速等高级 GPU 功能使它们远远落后于最先进的技术水平。

我们还可以期待当前使用 GPU 进行计算的 3D 游戏和应用程序的性能提升。当架构发生变化时，加速往往是可变的——有些事情会变得更快，而其他事情则不会那么多。

保持大约 20% 的加速，Geekbench 5 GPU 计算得分超过 18,000。请记住，该基准衡量的是 GPU 的计算性能，而不是其渲染 3D 图形的能力。

对于 3D 图形，20% 的加速将导致现代 3DMark Wild Life Unlimited 测试以大约 88fps 的速度运行，而 A16 为 74fps。目前，Snapdragon 8 Gen 2 在此测试（以及其他 3D 图形测试）中比 A16 更快，但这将使 Apple 略微领先。

相对于 CPU 的改进，GPU 的性能每年变化更大。从 A15 到 A16 的改进是微不足道的，这主要是由于时钟速度的轻微改进和内存带宽的改进。今年，如果我们同时获得新的 GPU 架构和主要的制造工艺改进，飞跃可能会大得多。

媒体引擎通常与 GPU 松散相关，因此现在正是我们再次希望硬件加速 AV1 格式编码和解码的好时机。毕竟，它存在于大多数新一代 PC GPU 中。我们预计 Apple 将继续投资于其 H.264、HEVC 和 ProRes 格式编码器的性能和能效。

持续关注 ML 和 AI

苹果公司在机器学习和人工智能方面很重要。虽然在由 ChatGPT、Midjourney 和 Stable Diffusion 等项目引领的生成人工智能竞赛中，它似乎不像其竞争对手那样努力推动，但该公司多年来一直在其操作系统和应用程序中使用人工智能和机器学习。选择照片中的文本等新功能一直在实施，Apple 将大量区域用于其神经引擎（机器学习任务的加速器）。

在 A16 中，Apple 似乎根本没有对 Neural Engine 做太多改动。它仍然是 16 个内核，每秒 17 万亿次运算，仅比 A15 的神经引擎快 8%。这是一个足够小的飞跃，可以假设它只是以更高的时钟速度运行。坦率地说，我们期待更多。

随着 3nm 工艺使更大的晶体管预算成为可能，神经引擎可能会实现重大飞跃。它可能只是更多的内核，内核运行方式的重大设计更改，或两者兼而有之。如果它每秒不提供超过 20 万亿次操作，我会感到惊讶，尽管对于“每秒万亿次操作”是否真的是衡量性能的最佳方式存在一些争论。

更快的 LPDDR5x 内存

对于 A16，Apple 将 RAM 提升至 LPDDR5（从 A15 中的 LPDDR4x）。Snapdragon 8 Gen 2 等竞争性顶级芯片使用 LPDDR5x，在使用相同功率的情况下可提供多出约 33% 的带宽和更低的内存延迟。

更多的内存带宽对一切都有好处，尤其是当它不使用更多功率时。最明显的受益者将是高端 3D 游戏，它们以推动内存带宽极限的方式同时对 CPU 和 GPU 施加压力。

Apple 并不总是最快采用新的内存标准，但它确实优先考虑内存带宽和大缓存，并且似乎认识到更快地移动事物而不是仅仅更快地处理事物的好处。我认为我们将在 A17 中看到 LPDDR5x RAM 的可能性为 50/50。

仍然是 Snapdragon 调制解调器（目前）

预计苹果将从明年开始使用自己的 5G 调制解调器，可能会在春季推出 iPhone SE，如果一切顺利，稍后会在秋季推出 iPhone 16 系列。

Snapdragon X70 可能是苹果将用于 iPhone 15 系列（至少是 Pro 机型）的调制解调器。X70 的大部分顶级功能听起来与 iPhone 14 Pro 中的 X65 基本相同，但它有一个小型集成 AI 处理器，可以不断监控和优化连接状态，这应该会带来更稳定和最佳的效果连接。它应该可以提高现实世界的速度并延长电池寿命。